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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Empfänger
und insbesondere auf das Synchronisieren vieler Empfänger auf
einen Mastertakt.
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Es besteht ein steigender Bedarf
an neuen Technologien und innovativen Produkten im Bereich der Unterhaltungselektronik.
Dabei ist es eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg neuer multimedialer Systeme,
optimale Funktionalitäten
bzw. Fähigkeiten anzubieten.
Erreicht wird das durch den Einsatz digitaler Technologien und insbesondere
der Computertechnik. Beispiele hierfür sind die Applikationen, die einen
verbesserten realitätsnahen
audiovisuellen Eindruck bieten. Bei bisherigen Audiosystemen liegt ein
wesentlicher Schwachpunkt in der Qualität der räumlichen Schallwiedergabe von
natürlichen,
aber auch von virtuellen Umgebungen.
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Verfahren zur mehrkanaligen Lautsprecherwiedergabe
von Audiosignalen sind seit vielen Jahren bekannt und standardisiert.
Alle üblichen
Techniken besitzen den Nachteil, daß sowohl der Aufstellungsort
der Lautsprecher als auch die Position des Hörers dem Übertragungsformat bereits eingeprägt sind.
Bei falscher Anordnung der Lautsprecher im Bezug auf den Hörer leidet
die Audioqualität
deutlich. Ein optimaler Klang ist nur in einem kleinen Bereich des
Wiedergaberaums, dem so genannten Sweet Spot, möglich.
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Ein besserer natürlicher Raumeindruck sowie
eine stärkere
Einhüllung
bei der Audiowiedergabe kann mit Hilfe einer neuen Technologie erreicht werden.
Die Grundlagen dieser Technologie, die so genannte Wellenfeldsynthese
(WFS; WFS = Wave-Field Synthesis), wurden an der TU Delft erforscht
und erstmals in den späten
80er-Jahren vorgestellt (Berkhout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic
control by Wavefield Synthesis. JASA 93, 1993).
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Infolge der enormen Anforderungen
dieser Methode an Rechnerleistung und Übertragungsraten wurde die
Wellenfeldsynthese bis jetzt nur selten in der Praxis angewendet.
Erst die Fortschritte in den Bereichen der Mikroprozessortechnik
und der Audiocodierung gestatten heute den Einsatz dieser Technologie
in konkreten Anwendungen. Erste Produkte im professionellen Bereich
werden nächstes
Jahr erwartet. In wenigen Jahren sollen auch erste Wellenfeldsynthese-Anwendungen für den Konsumerbereich
auf den Markt kommen.
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Die Grundidee von WFS basiert auf
der Anwendung des Huygens'schen
Prinzips der Wellentheorie:
Jeder Punkt, der von einer Welle
erfaßt
wird, ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle, die sich kugelförmig bzw.
kreisförmig
ausbreitet.
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Angewandt auf die Akustik kann durch
eine große
Anzahl von Lautsprechern, die nebeneinander angeordnet sind (einem
so genannten Lautsprecherarray), jede beliebige Form einer einlaufenden
Wellenfront nachgebildet werden. Im einfachsten Fall, einer einzelnen
wiederzugebenden Punktquelle und einer linearen Anordnung der Lautsprecher,
müssen die
Audiosignale eines jeden Lautsprechers mit einer Zeitverzögerung und
Amplitudenskalierung so gespeist werden, daß sich die abgestrahlten Klangfelder
der einzelnen Lautsprecher richtig überlagern. Bei mehreren Schallquellen
wird für
jede Quelle der Beitrag zu jedem Lautsprecher getrennt berechnet und
die resultierenden Signale addiert. Befinden sich die wiederzugebenden
Quellen in einem Raum mit reflektierenden Wänden, dann müssen auch
Reflexionen als zusätzliche
Quellen über
das Lautsprecherarray wiedergegeben werden. Der Aufwand bei der Berechnung
hängt daher
stark von der Anzahl der Schallquellen, den Reflexionseigenschaften
des Aufnahmeraums und der Anzahl der Lautsprecher ab.
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Der Vorteil dieser Technik liegt
im Besonderen darin, daß ein
natürlicher
räumlicher
Klangeindruck über
einen großen
Bereich des Wiedergaberaums möglich
ist. Im Gegensatz zu den bekannten Techniken werden Richtung und
Entfernung von Schallquellen sehr exakt wiedergegeben. In beschränktem Maße können virtuelle
Schallquellen sogar zwischen dem realen Lautsprecherarray und dem
Hörer positioniert
werden.
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In der praktischen Umsetzung ergeben
sich dahingehend Probleme, daß,
nachdem die Audiosignale für
die einzelnen Lautsprecher berechnet worden sind, diese zu den einzelnen
Lautsprechern verteilt werden und dann von den einzelnen Lautsprechern
synchron wiedergegeben werden. Wie es vorstehend dargelegt worden
ist, müssen
die einzelnen Lautsprecher so gespeist werden, daß sich die
von ihnen ausgegebenen Signale richtig überlagern, um eine ursprüngliche „große" Welle durch die Überlagerung
vieler „kleiner" Wellen zu rekonstruieren,
so daß ein
Hörer meint,
daß die „große" Welle von einer
an einer anderen Stelle angeordneten Schallquelle kommt und nicht
von vielen einzelnen Lautsprechern, die jeweils eine „kleine" Welle ausgeben.
Hierfür
ist es von entscheidender Bedeutung, daß die einzelnen Lautsprecher
synchron arbeiten, damit die von der Wellenfeldsyntheseeinrichtung
berechneten einzelnen Wellen auch korrekt wiedergegeben werden, also
korrekt in Schallwellen umgesetzt werden.
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Typische Systeme arbeiten digital,
so daß den
einzelnen Lautsprechern jeweils eine Folge von digitalen Abtastwerten
zugeführt
wird. Synchronität der
einzelnen Lautsprecher untereinander ist dann erreicht, wenn alle
Lautsprecher mit demselben Abtasttakt oder „Resampling"-Takt betrieben werden.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen,
daß es
die Problematik der Synchronisation an vielen anderen Stellen in
der Audiotechnik ebenfalls gibt. Bei Live-Übertragungen besteht ebenfalls
die Aufgabe, daß ein
Abtasttakt im Sender, der die zu übertragende Audioszene aufnimmt,
synchron zum Abtasttakt im Empfänger,
der die übertragene
Audioszene wiedergibt, ist. Arbeiten Aufnahmeabtasttakt und Wiedergabeabtasttakt
nicht synchron, so würden
sich irgendwo auf der Übertragungsstrecke
Abtastwerte anhäufen,
wenn der Wiedergabetakt zu langsam ist, oder würden bei der Wiedergabe Abtastwerte
ausgehen, wenn der Wiedergabetakt zu schnell ist. Um diese Situation
zu entschärfen,
werden Puffer eingebaut, so daß eine
gewisse Abweichung, die mit der Puffergröße korrespondiert, zwischen
dem Aufnahmetakt und dem Wiedergabetakt erlaubt ist. Solche Puffer
werden üblicherweise
im Empfänger
eingebaut, wobei die Wiedergabe im Empfänger etwas zeitversetzt stattfindet,
derart, daß eine
Wiedergabe erst mit einem bis zu einem bestimmten Grad gefüllten Empfangspuffer
startet. In einem solchen Fall können
Aufnahmetakt und Wiedergabetakt in gewissen Grenzen, die durch die
Puffergröße bestimmt sind,
variieren.
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Würde
man ein solches Konzept auf die Synchronisation von vielen Empfängern bei
einer Wellenfeldsynthese übertragen,
so würde
dies zu einem Verlust an Audioqualität führen, da zwar keine Samples
ausgehen oder sich keine Samples bei der Übertragung aufhäufen. Es
besteht jedoch keine Kontrolle darüber, daß alle Empfänger synchron arbeiten, d.
h. daß alle
Empfänger
ihre Samples zu ihrem entsprechenden Lautsprecher genau zu dem Zeitpunkt
ausgeben, der von der Wellenfeldsyntheseeinrichtung vorbestimmt
worden ist.
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In jüngster Zeit wurde das so genannt
Firewire-Datenübertragungsformat
zur Echtzeitübertragung
von Audiosignalen vorgeschlagen. Hierzu wird auf die Fachveröffentlichung „Sample
clock jitter and real-time audio over the IEEE 1394 high performance serial
bus", Julian Dunn,
106. AES-Convention, 8. – 11.
Mai 1999, München,
Preprint 4920, verwiesen. In dieser Fachveröffentlichung wird darauf hingewiesen,
daß in
dem IEEE 1394-Datenstrom ein Sample-Jitter von 40 ns zu erwarten ist, und
daß ferner eine
Jitter-Frequenz auftritt, die von der Frequenzabweichung zwischen
dem typischerweise Quarzoszillator im Sender und Quarzoszillator
im Empfänger abhängt. Üblicherweise
umfaßt
jeder Firewire-Knoten, also jeder Sender bzw. Empfänger, einen
freilaufenden Quarzoszillator mit 24,576 MHz. Dieser Takt wird dazu
verwendet, ein Cycle-Time-Register in jedem Knoten zu inkrementieren.
Der Knoten, der als der Cycle-Master
definiert ist, überträgt ein Cycle-Start-Paket
in Intervallen von 125 μs,
also mit einer Frequenz von 8 kHz. Dieses Startpaket definiert den Start
einen isochronen Zyklus gemäß IEEE 1394. Dieses
Paket hat einen Wert, der es den anderen Knoten auf dem Bus ermöglicht,
ihre Cycle-Time-Register
auszurichten, um ein Driften aufgrund etwas unterschiedlicher Taktfrequenzen
zu korrigieren. Nachdem ein Cycle-Start-Paket auf dem Bus übertragen
wird, ist es einem Reclocking-Jitter unterworfen, so daß sich bei
der Cycle-Time-Register-Ausrichtung
ebenfalls ein Jitter ergibt.
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Aufgrund dieser Jitter-Probleme und
der zeitlich variierenden Jitter-Frequenz kommen während der
Audiowiedergabe in Mehrkanalaudiosystemen und insbesondere bei Wellenfeldsyntheseanwendungen
hörbare
Artefakte auf. Wenn alternativ eine langsame PLL verwendet wird,
um das Jitter im Audiowiedergabetakt zu dämpfen, geht die feste Verzögerung zwischen
Eingang und Ausgang verloren, was zu einer Abtastwertdesynchronisation
der einzelnen Empfänger
führen
kann und im schlimmen Fall sogar zu einem Verlust an Abtastwerten
führen
kann. Bei Mehrkanalanwendungen ist daher ein festes Timing, also
eine feste Synchronisation zwischen einzelnen Kanälen, eine
wesentliche Anforderung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, einen Empfänger,
ein Empfängerarray bzw.
ein Verfahren zum Betreiben eines Empfängers zu schaffen, das für eine feste Synchronisation
geeignet ist und in der Implementierung schnell und einfach arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Empfänger gemäß Anspruch
1, durch ein Empfängerarray
gemäß Anspruch
14, ein Verfahren zum Betreiben eines Empfängers gemäß Anspruch 16 oder ein Computerprogramm
gemäß Anspruch
17 gelöst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, daß für eine feste
Synchronisation zwischen einem Sender und einem Empfänger und
damit auch zwischen mehreren Empfängern untereinander Phasenregelschleifen
mit schmalbandigen Schleifenfiltern, also langsame Phasenregelschleifen,
ungeeignet sind. Erfindungsgemäß wird eine Synchronisation
auf der Basis von in einem Datenstrom enthaltenen Referenzeinträgen durchgeführt, wobei
ein Referenzeintrag Informationen über eine Anzahl von Taktperioden
aufweist, die ein Taktoszillator im Sender seit einem vorhergehenden
Referenzeintrag ausgeführt
hat. Im Empfänger
selbst ist eine Einrichtung zum Erfassen einer Anzahl von Taktperioden,
die ein im Empfänger
vorgesehener Empfängertaktoszillator
in einem spezifizierbaren Zeitraum ausführt, vorgesehen. Ferner wird
aus dem Datenstrom ein Referenzeintrag extrahiert, woraufhin dann die
vom Empfangstaktoszillator durchgeführten Schwingungen in dem spezifizierten
Zeitraum mit den in dem Referenzeintrag des Datenstroms enthaltenen
Wert über
die Anzahl der Schwingungen, die der Sender in dem entsprechenden
Zeitraum durchgeführt
hat, verglichen werden, um auf der Basis dieses Vergleichs den Empfängertaktoszillator
nachzustellen. Erfindungsgemäß wird also
keine unmittelbare Rückkopplung
mit einem sehr schmalbandigen Schleifenfilter durchgeführt, um
die Jitter-Problematik in den Griff zu bekommen. Statt dessen wird
auf der Basis von in dem Datenstrom enthaltenen Informationen und
auf der Basis von gleichermaßen
im Empfänger
abgeleiteten Informationen bezüglich
der Frequenzen des Senderoszillators und des Empfangstaktoszillators
eine Nachstellung des Empfangstaktoszillators durchgeführt.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dahingehend
vorteilhaft, daß sie
eine transparente Oszillatornachführung im Empfänger sicherstellt,
die nicht nur, wie eine langsame Phasenregelschleife, im zeitlichen
Mittel fest ist. Statt dessen wird bei jedem neuen Referenzeintrag
im Datenstrom eine transparente Empfängernachführung geschaffen. Diese Transparenz
ist dafür
entscheidend, daß für ein Empfängerarray
alle Empfänger
in einer festen Beziehung zueinander gehalten werden, ohne daß die Empfänger untereinander
synchronisiert sein müssen.
Dies wird dadurch erreicht, daß alle
Empfänger ihre
einzelnen Oszillatoren unter Verwendung desselben Referenzeintrags
in dem Datenstrom, der von einem Master-Knoten kommt, nachstellen.
Damit wird gleichzeitig eine feste Beziehung zwischen dem Sender
und dem Empfänger
beibehalten, so daß keine
Schwierigkeiten hinsichtlich hörbarer
Artefakte und Sample-Slips auftreten.
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Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Empfänger einfach
und damit günstig
implementierbar, da lediglich Logikschaltungen als Zähler und Komparator
sowie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung lediglich ein Digital-Analog-Wandler
benötigt
wird, um das analoge Steuersignal für den steuerbaren Oszillator zu
erzeugen.
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Solche Logikschaltungen arbeiten
schnell und sind preisgünstig
implementierbar. Der Preisaspekt ist in diesem Zusammenhang von
spezieller Bedeutung, da durchaus an Größenordnungen von 100 bis 200
Empfängern
gedacht werden muß,
wenn ein Audiovorführraum
mit einem Lautsprecherarray betrieben wird, das von einer Wellenfeldsyntheseeinheit mit
Audiowiedergabesignalen versorgt wird.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß wegen
der Einfachheit der Implementierung und der Tatsache, daß keine
langsamen Elemente, wie eine langsame Phasenregelschleife etc.,
eingesetzt werden, eine Nachführung des
Oszillators sehr schnell vonstatten geht. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird es ferner bevorzugt, eine quantitative
Nachführung
zu erreichen, dahingehend, daß die
Schwingfrequenz des Empfangstaktoszillators nicht mit vorgegebenen
Inkrementen erhöht
oder erniedrigt wird, obgleich dies grundsätzlich ebenfalls möglich wäre, sondern
daß eine
quantitative Berechnung der Schwingfrequenzänderung aufgrund der vorliegenden
Anzahl von Takten, die ein Senderoszillator in dem spezifizierten
Zeitraum durchgeführt
hat, und aufgrund der Anzahl von Takten, die der Empfangstaktoszillator
in dem spezifizierten Zeitraum durchgeführt hat, durchgeführt, um
den absoluten Nachführungsbetrag
unmittelbar quantitativ zu berechnen. Damit wird sichergestellt,
daß der
Empfangstaktoszillator eines Empfängers dem Senderoszillator
immer genau zeitversetzt um den Referenzzeitraum und ggf. eine kleine
Verarbeitungszeit folgt. Alle anderen Empfänger in einem erfindungsgemäßen Empfängerarray
folgen ebenfalls genau in diesem Zeitmuster einem Senderoszillator,
so daß unter den
einzelnen Empfängern
im Empfängerarray
eine Synchronisation erreicht ist, ohne daß die einzelnen Empfänger untereinander
verbunden werden müssen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers;
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2 ein
Blockschaltbild eines Empfängerarrays
in einem Sender/Empfänger-Szenario;
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3 ein
Prinzipschaltbild der hierarchischen Taktsteuerungskonzeption; und
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4 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
einen Empfänger
zum Empfangen eines Datenstroms, der an einem Eingang 10 eingespeist
wird. Der Datenstrom stammt von einem Sender und umfaßt einen
ersten Referenzeintrag und einen zeitlich folgenden zweiten Referenzeintrag.
Der zweite Referenzeintrag umfaßt
Informationen über
eine Anzahl von Taktperioden, die ein Taktoszillator im Sender seit
dem ersten Referenzeintrag ausgeführt hat.
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Der Empfänger umfaßt ferner eine Einrichtung 12 zum
Empfangen und Wiedergewinnen zumindest des ersten und des zweiten
Referenzeintrags, wobei Informationen über den ersten und den zweiten
Referenzeintrag an einem Ausgang 13 ausgegeben werden.
Nutzlastdaten in dem Datenstrom, die ebenfalls von der Einrichtung 12 empfangen
und wiedergewonnen werden, werden an einem Ausgang 14 der
Einrichtung 12 ausgegeben. Der Empfänger umfaßt ferner eine Taktperiodenerfassung 15,
die vorzugsweise als Zähler
ausgeführt
ist und einen Start-/Stopp-Eingang
aufweist, der mit der Referenzeintragsleitung 13 verbunden
ist. Ferner ist ein steuerbarer Oszillator 16 vorgesehen,
der von einer Einrichtung 17 zum Vergleichen des im zweiten
Referenzeintrag stehenden Periodenanzahlwerts mit einem Ausgabewert
von der Taktperiodenerfassung 15, der die Anzahl der Perioden
des steuerbaren Oszillators 16 zwischen dem ersten und
dem zweiten Referenzeintrag wiedergibt, liefert.
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Der steuerbare Oszillator 16 umfaßt einen Taktausgang 18,
der mit der Taktperiodenerfassungseinrichtung 15 gekoppelt
ist, damit dieselbe die Taktperioden des Ausgangstakts des steuerbaren Oszillators 16 zählen kann.
Der Ausgangstakt des steuerbaren Oszillators 18 kann entweder
unmittelbar als Datentakt verwendet werden, um der Einrichtung 12 zum
Empfangen und Wiedergewinnen zugeführt zu werden. Typi scherweise
wird jedoch der Datentakt, mit dem Nutzlastdaten (am Ausgang 14)
ausgegeben werden, wesentlich geringer sein als der Arbeitstakt
des steuerbaren Oszillators. Zu diesem Zweck ist ein optionaler
Teiler 19 vorgesehen, um aus dem Takt des steuerbaren Oszillators 16 einen Wiedergabetakt
an einem Ausgang 20 abzuleiten. Der Taktteiler 19 kann
durch eine beliebige rationale Zahl x teilen. Für ganzzahlige Teilerverhältnisse,
also wenn x eine ganze Zahl ist, kann der Teiler besonders einfach
als direkter Frequenzteiler ausgeführt sein. Für nicht-ganzzahlige Teilerverhältnisse
kann eine Phasenregelschleife eingesetzt werden. Aufgrund der Tatsache,
daß durch
das erfindungsgemäße Konzept
bereits eine Jitter-Dämpfung
durchgeführt
worden ist, wird die Phasenregelschleife zum Teilen in der Einrichtung 19 als
sehr schnelle Phasenregelschleife ohne spezielle Jitter-Dämpfung ausgeführt sein.
In anderen Worten ausgedrückt,
wird sie, sofern sie überhaupt
ein Schleifenfilter aufweist, ein Schleifenfilter haben, das eine
wesentlich höhere Grenzfrequenz
hat als die Jitter-Frequenz des steuerbaren Oszillators 16.
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Der steuerbare Oszillator 16 wird
vorzugsweise als spannungsgesteuerter Quarzoszillator (VCXO) ausgeführt, der
selber sehr präzise
arbeitet und daher lediglich nur um geringe Beträge nachgestellt werden muß. Das erfindungsgemäße Konzept der
Ansteuerung des Oszillators ist jedoch auch auf weniger präzise arbeitende
Oszillatoren anwendbar. So könnten
beispielsweise digitale Oszillatoren mit einer ungeraden Anzahl
von rückgekoppelten
Invertern eingesetzt werden, wobei die Taktfrequenz eines solchen
Oszillators durch einen Arbeitsstrom und nicht durch eine Arbeitsspannung
festgelegt wird.
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Jeder steuerbare Oszillator besitzt
eine Kennlinie, durch die einem Steuersignal eine Ausgangsfrequenz
eindeutig zugeordnet ist. Das Steuersignal wird typischerweise ein
analoges Steuersignal sein, das von der Einrichtung 17 zum
Vergleichen und Ansteuern erzeugt wird, indem dieselbe ausgangsseitig
typischerweise einen Digital-Analog-Wandler aufweist, der ausgangsseitig
einen Strom oder eine Spannung liefert, welche mit einem eingangsseitig
gelieferten digitalen Wert eindeutig korrespondiert.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist der Datenstrom gemäß dem IEEE 1394-Format definiert,
so daß er
Referenzeinträge
in einem 8-kHz-Takt, also mit einem Abstand von 125 μs, enthält. Jeder
Referenzeintrag wird derart erzeugt, daß ein Zähler im Sender vorgesehen ist,
der folgendermaßen
arbeitet. Sein maximaler Zählwert,
nach dem er auf Null umschaltet, liegt bei 3072, was nominell den
125 μs entspricht. Läuft alles
ideal, so beginnt der Zähler
immer mit Null und überträgt z. B.
die Zeitmarke von Null in den Datenstrom. Tritt dagegen ein Jitter
auf, so wird der Zähler
manchmal von Null abweichende Zeitmarken in den Datenstrom einbetten,
wie z. B. 3070 oder 2. Der Ausgabewert zum Zeitpunkt des nächsten Zeitmarkenereignisses
wird in einen nächsten
Referenzeintrag geschrieben. Der Zähler im Senderoszillator zählt unbeeidruckt
davon wieder weiter, und zählt
bis zur Erzeugung des nächsten
Referenzeintrags wieder die Anzahl der Sendertaktoszillatorperioden.
Es sei darauf hingewiesen, daß im
idealen Fall der Zähler
immer bei Null startet, also bei jedem Referenzeintrag gewissermaßen automatisch
aufgrund seiner maximalen Zählgröße zurückgesetzt
wird. Dies ist für
beliebige Zähler
nicht unbedingt erforderlich, solange die Zähler im Sender und im Empfänger derart
aufeinander abgestimmt sind, daß der
Empfänger den
Zählwert
des Senders zu Synchronisationszwecken interpretieren kann.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist der Empfänger entsprechend gestaltet,
derart, daß er
den Oszillator 16 und die Taktperiodenerfassungseinrichtung 15 umfaßt, die
vorzugsweise ebenfalls als Zähler
ausgestaltet ist. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einrichtung 12 einen
Referenzeintrag erfaßt,
wird die Taktperiodenerfassungseinrichtung 15 gestartet.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einrichtung 12 zum Empfangen und
Wiedergewinnen einen nächsten
Referenzeintrag erfaßt,
wird die Taktperiodenerfassungseinrichtung gestoppt. Der dann angezeigte
Zählerwert
wird der Einrichtung 17 zugeführt, die gleichzeitig die in dem
zweiten Referenzeintrag stehende Anzahl der Oszillatorperioden des
Senderoszillators umfaßt.
Ein Vergleich ergibt unmittelbar, ob der steuerbare Oszillator 16 im
Empfänger
schneller ist (die Taktperiodenerfassungseinrichtung hat einen größeren Zählwert erfaßt, als
im zweiten Referenzeintrag steht), oder ob der steuerbare Oszillator 16 langsamer
als der entsprechende Oszillator im Sender ist (die Taktperiodenerfassungseinrichtung
hat einen kleineren Wert als im zweiten Referenzeintrag ermittelt).
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Je nach Implementierung ist die Einrichtung 17 zum
Vergleichen ausgebildet, um den steuerbaren Oszillator um ein festes
Inkrement nachzustellen, das konstant groß ist oder bis zu einem bestimmten kleinen
Wert von Nachstellaktion zu Nachstellaktion abnimmt.
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Bevorzugterweise ist die Einrichtung 17 zum Vergleichen
und Ansteuern jedoch ausgebildet, um eine quantitativ korrekte Nachstellung
durchzuführen.
In diesem Fall kann die Einrichtung 17 zum Vergleichen
z. B. ein prozentuales Verhältnis
zwischen der im Referenzeintrag stehenden Anzahl von Perioden und
der von der Takterfassungseinrichtung erfaßten Anzahl von Perioden berechnen
und den steuerbaren Oszillator auf der Basis dieses prozentualen Verhältnisses
nachsteuern, derart, daß die
Frequenz, die der Senderoszillator zwischen dem ersten Referenzeintrag
und dem zweiten Referenzeintrag gehabt hat, unmittelbar durch den
steuerbaren Oszillator 16 im Empfänger nachgebildet wird. Hierzu
ist die Einrichtung 17 zum Vergleichen und Ansteuern ferner ausgebildet,
um Informationen über
die Kennlinie des steuerbaren Oszillators 16 zu haben,
um eine korrekte Steuersignalveränderung
zu berechnen, die zu einer durch die Vergleichseinrichtung ermittelten
gewünschten
prozentualen Änderung
der Empfängeroszillatortaktfrequenz
führt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß für die vorliegende
Erfindung die Nennfrequenzen des Sendertaktoszillators und des Empfängertaktoszillators 16 nicht
unbedingt gleich sein müssen.
Arbeitet der Sendertaktoszillator beispielsweise mit der doppelten Frequenz
wie der Empfängertaktoszillator,
so würde die
Einrichtung 12 zum Empfangen und Wiedergewinnen ausgebildet
sein, um die Anzahl der Perioden in einem Referenzeintrag zu halbieren,
um dann mit dem halbierten Wert den Vergleich durchzuführen und
auf der Basis des Vergleichs den Oszillator nachzusteuern. Somit
sind beliebige Kombinationen von Empfängeroszillatornennfrequenzen
und Senderoszillatornennfrequenzen durchführbar.
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Alternativ kann in dem Referenzeintrag
ein deterministischer Offset enthalten sein. Ein solcher Offset
könnte
genauso auch in der von der Taktperiodenerfassungseinrichtung ermittelten
Periodenanzahl enthalten sein. Solange ein solcher Offset periodisch
ist, kann er ohne weiteres beim Vergleich oder bei der Berechnung
der Ansteuergröße durch
die Einrichtung 17 eliminiert werden.
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4 zeigt
einen Empfänger
gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem der steuerbare Oszillator 16 als Quarz-VCO
ausgeführt
ist, bei dem die Einrichtung 12 zum Empfangen und Wiedergewinnen
als IEEE 1394-Empfänger
ausgeführt
ist, bei der die Taktperiodenerfassungseinrichtung 15 als
Zähler
ausgeführt ist
und die Einrichtung 17 zum Vergleichen und Ansteuern von 1 einen Komparator 17a und
einen nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler 17b umfaßt, um dem
Quarz-VCO einen analogen Spannungswert zur Frequenzsteuerung zuzuführen.
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Der lokale Zähler 15 zählt somit
die Pulse von dem lokalen Quarz-VCO 16 als Lokaltaktgeber. Der
Zählerwert
des lokalen Zählers 15 wird
mit dem empfangenen Zählerwert
periodisch verglichen. Die Fehlübereinstimmung
zwischen dem lokalen Zählerwert
und dem empfangenen Zähler
wird verwendet, um den Lokaltaktoszillator 16 einzustellen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Zähler- und
Vergleicherlogik, also die Funktionalitäten der Einrichtungen 15, 17 und
auch die Funktionalitäten der
Einrichtung 12 hardwaremäßig in Form eines PLD (PLD
= Programmable Logic Device) in Form eines FPGA (FPGA = Field Programmable
Gate Array) oder in Software, beispielsweise auf einem DSP (DSP
= digitaler Signalprozessor) oder auf einem Allzweckprozessor, wie
z. B. innerhalb eines PC, implementiert werden kann.
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Nachfolgend wird anhand von 2 ein Sender/Multiempfänger-Szenario
für ein
Mehrkanalaudiosystem dargestellt. Der Sender ist in 2 mit 30 bezeichnet und empfängt eingangsseitig
Audiodaten sowie Hilfsinformationen für die Wellenfeldsynthese. Der
Sender umfaßt
ein Wellenfeldsynthesemodul 31, den Senderoszillator 32,
die Referenzeintragserzeugungseinrichtung 33 und einen
Datenstrommultiplexer 34, um einen Datenstrom mit Nutzdaten
für einzelne
Lautsprecher zu liefern, wobei dieser Datenstrom ferner Referenzeinträge aufweist. Der
Abstand der Referenzeinträge
im Datenstrom ist vorzugsweise periodisch und wird dadurch erreicht, daß der Oszillator 32 den
Datenstrommultiplexer 34 immer dann ansteuert, wenn ein
Referenzeintrag von der Referenzerzeugungseinrichtung 33 in
den Datenstrom geschrieben werden soll. Die Referenzerzeugungseinrichtung
ist ausgebildet, um immer von einem Referenzzeitpunkt zum nächsten Referenzzeitpunkt
die Anzahl der Taktperioden des Senderoszillators 32 zu
zählen,
wie es im Zusammenhang mit 1 dargestellt
worden ist.
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Das in 2 gezeigte
Szenario umfaßt
ferner eine Mehrzahl von Empfängern
E1, E2, E3,..., En, die alle derart ausgeführt sind, wie es am Beispiel eines
einzelnen Empfängers
in 1 dargestellt ist. Alle
Empfänger
empfangen entweder den gesamten Datenstrom, in dem die Daten für alle Empfänger enthalten
sind. Alternativ kann das System auch derart ausgestaltet werden,
daß jeder
Empfänger
nur den für
ihn bestimmten Nutzdatenanteil empfängt. Auf jeden Fall empfängt jeder
einzelne Empfänger
dieselbe Folge von Referenzeinträgen
vom Sender, so daß der
Sender ohne dazwischenliegende Hierarchiestufen als Master-Knoten
arbeitet. Eine entsprechende Hierarchie ist in 3 dargestellt.
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Aus 3 ist
ersichtlich, daß der
Master-Knoten Knoten 40, 42, erster Ebene anspricht,
die wiederum Knoten 44, 46 zweiter Ebene ansprechen. Die
Referenzeinträge
in dem Datenstrom werden jedoch auch in dem Fall von 3 vom ersten Knoten 40 beispielsweise
verwendet, um sich zu synchronisieren. In dem Datenstrom, der von
dem Knoten 40 zum Knoten 44 läuft, wird wiederum derselbe
Referenzeintrag, der ursprünglich
vom Masterknoten erzeugt worden ist, „weitergereicht", so daß alle Knoten,
sei es, daß sie
parallel geschaltet sind, wie in 2,
oder daß sie
hintereinander geschaltet sind, wie in 3, von demselben Mastertakt aus synchronisiert
werden.
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Erfindungsgemäß wird somit die Jitter-Dämpfungs-PLL
in Systemen gemäß dem Stand der
Technik vermieden, indem die Systemquarze der einzelnen Knoten in
Gleichklang gebracht werden. Hierzu wird bei allen Knoten außer beim
Masterknoten anstelle eines normalen Quarzoszillators ein ziehbarer
Quarzoszillator verwendet, wobei dieser kontinuierlich so nachgeführt wird,
daß eine
möglichst
geringe Abweichung zwischen den einzelnen Knoten vorhanden ist.
Die Nachführung
geschieht, wie es ausgeführt
worden ist, indem jeder Knoten die Schwingungen eines Quarzes zählt und
mit denen des Masterknotens vergleicht.
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Abhängig von den Gegebenheiten
kann das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben eines Empfängers
in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung
kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette
oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersigna len erfolgen, die
so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, daß das Verfahren
ausgeführt
wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt
mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen
Worten ausgedrückt
kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode
zur Durchführung
des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf
einem Computer abläuft.